CN111223346B - 一种跳伞设备的跳伞模拟舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跳伞设备的跳伞模拟舱，应用于可升降的模拟跳伞设备，包括：主体框架，主体框架包括有底部平台和台阶结构；背带单元，背带单元为实装伞具的背带部分；操纵单元，操纵单元包括操纵带、拉力计以及拉力传感器，操纵带的包括牵引端和传感端，牵引端可活动地穿接于背带单元上，传感端分别与拉力计、拉力传感器连接；VR虚拟单元，VR虚拟单元包括相互通信的VR头盔、VR电脑以及体感传感器；拉力传感器将测量到的拉力信号传输至VR虚拟单元内。本模拟舱对真实的机舱环境进行了模拟，使伞员可以一体化地对预备起跳、起跳、开伞、控制降落伞姿态等多个技术动作进行训练，使伞员可以沉浸在逼真的跳伞模拟情景中。

Description

一种跳伞设备的跳伞模拟舱

技术领域

本发明涉及跳伞训练领域，具体涉及一种跳伞设备的跳伞模拟舱。

背景技术

高空跳伞是一项难度高、风险大的训练项目，具有一定的危险性，对于伞兵训练来说是尤为重要的训练科目。在进行实战的跳伞训练时，受训人员在操作尚不熟练或心理素质欠缺的情况下，容易出现受伤或训练效果不够良好的现象。

因此，世界各主要空降强国都在研究更先进、更高效的跳伞训练模拟器及训练方法。伞降模拟训练技术能够确保人员安全条件下，帮助受训人员提高复杂情况下的操纵技能、空中特情处置能力，可以显著增强跳伞训练效果，提高伞兵实战化战术水平。

[中国发明]CN201720194997.8公开了一种基于虚拟现实的实战伞降作战仿真模拟系统，其设置悬吊机构用于固定跳伞体验者及协助跳伞体验者进行姿态控制；[中国发明]CN201710457962.3公开了一种用于伞兵训练模拟器中的操纵与动感仿真系统，其采用背带系统将伞员悬空；[中国发明]CN201520803069.8公开了一种模拟跳伞机，其通过支撑机构使伞员悬空；[中国发明]CN201711052456.2公开了一种VR跳伞训练模拟器，其通过悬带升降装置使伞员悬空；[中国发明]CN201611117720.1公开了一种基于虚拟现实的跳伞体验模拟装置，伞员身穿背带悬空。上述的几个专利申请均存在着以下的缺陷：虽然可以实现在空中的情景模拟，但在伞员装配好背带后是直接悬空吊挂在模拟舱内的，缺乏了从机舱内跳离飞机的技术动作，使伞员的训练存在漏洞，伞员也不能感受到从跳离到开伞这段时间的短暂失重，以及对开伞时机进行把控，体验的真实感不够强。

[中国发明]CN201810051402.2公开了一种伞兵跳伞训练模拟器及其方法，其需要伞员先登上登高梯才能到达起跳平台，跳伞模拟舱的整体结构就需要做得较为庞大，且每次进行训练前都需要登梯，训练效率受限；

[中国发明]CN201710758138.1公开了一种伞降模拟器，伞员在可升降式跳伞平台上跳下，可升降跳伞平台需要使用升降驱动机构，传动结构复杂，训练效率受限，且空间有限仅能容纳伞员站立的空间，不能较好地模拟真实机舱的情景，另外可升降平台仅能起到支承作用，不能传感到人员跳离的信息；

[中国发明]CN201710973698.9公开了一种互动跳伞模拟系统，伞员从踏板跳出后，电缸驱动将训练员的身体拖曳至水平姿态，在此过程中训练员会受到向上的拖曳力，与真实的失重体验会存在一定差距。

综上所述，亟需一种可以解决上述缺陷的跳伞模拟舱，可以对伞员的起跳、开伞、控制伞降姿态的技术动作进行一体训练，并且更加符合真实机舱的布局和功能，提供一个真实的机舱模拟环境，使伞员能沉浸在逼真的模拟体验中。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种跳伞设备的跳伞模拟舱，其可以给伞员提供更逼真的模拟机舱训练空间，使伞员可以在其内进行起跳、开伞、操纵伞降姿态的技术动作训练，并通过VR虚拟单元将人体动作信息以及降落伞姿态信息反馈至伞员处。

本发明采用以下的技术方案来实现：

一种跳伞设备的跳伞模拟舱，应用于可升降的模拟跳伞设备，所述模拟跳伞设备至少包括升降机构、PLC控制模块、作为上位机的主控电脑，所述跳伞设备的跳伞模拟舱包括：主体框架，所述主体框架包括有底部平台和台阶结构，所述台阶结构设置于所述底部平台上，所述台阶结构上包括供伞员站立的预跳平台，所述预跳平台的内部设置有与所述主控电脑连接的接触传感器；背带单元，背带单元为实装伞具的背带部分，并通过悬挂带设置于所述主体框架内；操纵单元，所述操纵单元包括操纵带、拉力计以及拉力传感器，所述操纵带的包括牵引端和传感端，所述牵引端可活动地穿接于所述背带单元上，所述传感端分别与所述拉力计、所述拉力传感器连接，所述操纵单元的数量为4组，操纵带分设于所述背带单元的左前、左后、右前和右后方向；VR虚拟单元，所述VR虚拟单元包括相互通信的VR头盔、VR电脑以及体感传感器，所述体感传感器固定设置于所述主体框架的正前方，用以捕捉人员的骨骼动作信息；所述拉力传感器与所述VR电脑通过内部接口实现数据传输连接，以将测量到的拉力信号传输至VR虚拟单元内；所述VR电脑与所述主控电脑之间通过有线或无线方式实现通信连接。

进一步地，所述跳伞设备的跳伞模拟舱还包括状态警示灯，所述状态警示灯与所述主控电脑通信连接，以对跳伞训练发出状态指引信息。

进一步地，所述跳伞设备的跳伞模拟舱还包括风感装置，所述风感装置设置于所述底部平台的内部，所述底部平台上设置有若干通风孔。

进一步地，所述台阶结构上设置有教练员座椅，所述教练员座椅设置在所述预跳平台的一侧。

进一步地，所述跳伞设备的跳伞模拟舱还包括安全开关，所述安全开关设置在所述教练员座椅的侧部，并与所述PLC控制模块连接，当所述安全开关启动后，所述PLC控制模块不再接收所述主控电脑发送的控制指令，以使所述跳伞设备的跳伞模拟舱停止升降。

进一步地，所述VR电脑包括液晶显示屏，所述液晶显示屏固定设置在所述教练员座椅的前方。

进一步地，所述操纵单元还包括控制吊环，所述控制吊环固定连接在所述操纵带的所述牵引端。

进一步地，操纵单元还包括2个定滑轮组，所述定滑轮组固定设置在所述主体框架的顶部，所述操纵带挂设于所述定滑轮组上，并与所述定滑轮组联动。

进一步地，所述主体框架还包括VR头盔挂杆，所述VR头盔挂杆固定设置在所述预跳平台的侧部。

进一步地，所述主体框架包括其顶部的顶部挂载梁，所述定滑轮组固定安装于所述顶部挂载梁上，所述背带单元通过悬挂带以悬挂于所述主体框架内。

相比于现有技术，本发明能达到以下的有益效果：给伞员提供了一个逼真的模拟机舱训练空间，伞员通过站立在预跳平台上做好预跳动作，状态警示灯发出指示后，伞员起跳并双脚离开预跳平台，接触传感器获知起跳信息后，体感传感器获取人员的骨骼动作信息并传输至VR头盔内，伞员通过观察VR头盔内的人体动作信息和降落伞运动姿态，对操纵带进行拉伸牵引调整，拉力传感器获取拉力信息后同步将降落伞改变的姿态映射到VR头盔内。伞员可根据降落伞的运动姿态和自身的动作姿态来对技术动作进行反复调整，直至到达指定的着陆点。本发明对真实的机舱环境进行了模拟，提供了训练空间和设备，使伞员可以一体化地对预备起跳、起跳、开伞、控制降落伞姿态等多个技术动作进行训练，更加贴近实战跳伞的情景，使伞员可以沉浸在逼真的跳伞模拟情景中，提高了训练效率和训练效果，对人员的训练水平提升具有很大帮助。

附图说明

图1为本发明的第一立体示意图；

图2为本发明的第二立体示意图。

图中：10、主体框架；11、底部平台；12、台阶结构；13、通风孔；14、顶部挂载梁；15、预跳平台；20、背带单元；30、操纵带；40、拉力计；50、拉力传感器；60、控制吊环；70、VR头盔；80、VR电脑；81、液晶显示屏；90、体感传感器；100、状态警示灯；110、教练员座椅；120、安全开关；130、定滑轮组；140、VR头盔挂杆。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

参阅图1-图2，本发明公开了一种跳伞设备的跳伞模拟舱，用于对跳伞前人员所处的机舱环境进行模拟。这种跳伞模拟舱应用于可升降的模拟跳伞设备，以配合使用，模拟跳伞设备至少会包括有驱动模拟舱升降的升降机构(升降驱动机构、升降传动机构)，用于对运动实现电气控制的PLC模块、以及作为上位机部分的主控电脑，由于本发明的保护范围在于模拟跳伞仓本身，因此在本实施例中不对模拟跳伞设备的其他部分作详细介绍。

这种跳伞设备的跳伞模拟舱包括有：

主体框架10，用于对各部件起到支承和容置的作用，包括有底部平台11和台阶结构12，台阶结构12设置在底部平台11上，台阶结构12上包括供伞员站立的预跳平台15，伞员在起跳预备阶段会站在预跳平台15上做好预备的技术动作，预跳平台15内设置有接触传感器(图未示)，用于获取伞员已经踏上或跳离预跳平台15的状态信号。接触传感器和主控电脑连接，以将获取的信号传输至主控电脑中，以实现信息反馈。

背带单元20，用于模拟真实伞包的背带，本发明采用实装伞具的背带部分作为背带单元20，并通过悬挂带设置在主体框架10内。背带单元20使伞员可以获得最真实的穿戴体验，提高模拟的逼真程度。

操纵单元，用于伞员对降落伞的运动姿态进行操纵，调整其降落轨迹和运动方位。操纵单元包括操纵带30、拉力计40以及拉力传感器50，操纵带30包括牵引端和传感端，牵引端可活动地穿接于背带单元20上，以供伞员的手部拉动；传感端有两分支段，并分别与拉力仪、拉力传感器50连接，拉力仪用于提供一个与拉力相对的反作用力，拉力传感器50用于获取伞员的拉力状态信息；操纵带30的数量为4根，并分设于实装背带的左前、左后、右前、右后方向，以最大程度模拟真实跳伞的伞降操纵方式；相应地，拉力仪和拉力传感器50也各设置有4组。

VR虚拟单元，包括相互通信的VR头盔70、VR电脑80以及体感传感器90，体感传感器90固定设置于主体框架10的正前方，用于捕捉人员的骨骼动作信息和运动姿态，以通过VR电脑80实时映射到VR头盔70的虚拟场景里；拉力传感器50和VR电脑80通过内部借口实现数据传输连接，拉力传感器50将获取到的操纵带30处的拉力信号传输至VR虚拟单元内，具体为传输到VR电脑80内并同步映射到VR头盔70的虚拟场景里，跳伞人员可以在VR头盔70里观察到自身的动作信息和降落伞的运动轨迹，以对控制伞降的技术动作进行反复调整，以到达指定的着陆点。VR电脑80与主控电脑之间通过有线或无线方式实现通信连接，以使主控电脑发出相关指令后，VR虚拟单元同步实现虚拟现实功能。

优选地，本发明还包括状态警示灯100，状态警示灯100与主控电脑之间通信连接，以对跳伞训练发出状态指引。具体地，状态警示灯100有红、绿、黄三种指示颜色灯，主控电脑在发出预备跳伞的信号时，状态警示灯100亮黄灯；发出可以开始跳伞的信息时，状态警示灯100亮绿灯；发出未能开始跳伞的信号时，状态警示灯100亮红灯。

需要说明的是，VR虚拟单元可以从市场上购置，其VR头盔70、体感传感器90和VR电脑80之间的连接方式和信号传输方式可以为本领域技术人员所知悉并实现，在此不再进行赘述；拉力传感器50和VR电脑80之间的接线方式、VR电脑80和主控电脑之间的通信方式(优选采用无线模块通信)也为本领域技术人员可以知悉并实现的，在此也不再进行赘述。

优选地，本发明还包括风感装置(图未示)，风感装置设置在底部平台11的内部，底部平台11上设置有若干通风孔13，风感装置所产生的气流通过这些通风孔13可以吹到伞员的身体上，以模仿在机舱门前以及在降落过程中的气流，使伞员可以获得更逼真的跳伞体验。具体地，风感装置采用鼓风机，与主控电脑连接，通过在主控电脑上设置起跳高度、天气状态、风力大小、风向的参数，可以控制鼓风机输送的气流强度以及方向，使伞员沉浸在真实的体验中。

优选地，台阶结构12上还设置有教练员座椅110，更具体地，预跳平台15的一侧都设置有一个教练员座椅110。跳伞模拟舱可以容纳一个伞员和一个教练员，由于伞员头戴VR头盔70，不能观察外部的环境，通过在模拟舱内设置教练员的位置，使教练员可以对伞员进行下达指令、纠正技术动作等。

优选地，本发明还包括安全开关120，并与PLC控制模块连接，当安全开关120启动后，所述PLC控制模块不再接收主控电脑发送的控制指令，确保模拟跳伞设备不会继续升降，防止对伞员的人身造成伤害。安全开关120设置在教练员座椅110的侧部，以便于在紧急状态下教练员可以及时按下安全开关120，模拟舱进入安全模式。具体地，安全开关120使模拟跳伞仓不再接收来自主控电脑的升降运动指令，防止主控电脑的误操作，保证人身安全。

优选地，VR电脑80还包括液晶显示屏81，液晶显示屏81固定设置在教练员座椅110的前方，用于实时显示VR头盔70内的虚拟场景，供教练员直观地进行观看，以对伞员进行相应的技术指导。

优选地，操纵单元还包括控制吊环60，控制吊环60固定连接在操纵带30的牵引端，伞员将手部伸至控制吊环60内，即可对操纵带30进行牵引，更加便于伞员进行拉动。

优选地，操纵单元还包括2个定滑轮组130，定滑轮组130固定设置在主体框架10的顶部，操纵带30挂设于定滑轮组130上，并与定滑轮组130联动。通过设置定滑轮组130，使操纵带30的中段位于牵引端的上方，真实地模拟了降落伞位于伞兵头顶上方的情形。

优选地，主体框架10还包括VR头盔挂杆140，固定设置在预跳平台15的侧部，便于对VR头盔70进行取放。

优选地，主体框架10包括其顶部的顶部挂载梁14，定滑轮组130固定安装于顶部挂载梁14上，背带单元20通过悬挂带以悬挂于主体框架10内，定滑轮组130起到对操纵带30的传动作用。

优选地，操纵带30采用具有较高的机械强度、良好的韧性、较高的抗拉抗压强度的尼龙线。

本发明的使用流程如下：伞员站上预跳平台15并穿戴好背带单元20、戴好VR头盔70，教练员在教练员座椅110上就坐好并扣好安全带，从主控电脑处依次发出预备和起跳的信号，状态警示灯100从红转绿时，教练员指示伞员立即从预跳平台15上跳下，身体受到背带单元20的承重而悬空，接触传感器感应到伞员离开并发送信号，体感传感器90将实时捕捉伞员的身体骨骼动作和姿态，并将姿态信息通过VR电脑80传输到VR头盔70内，同时风感装置产生的气流透过通风孔13吹出，模拟跳伞过程中的风向，并且能随着跳伞过程的变化而改变风的强度；伞员拉扯控制吊环60来进行开伞以及控制伞降方向，通过操纵带30和定滑轮组130的传动，拉力信号传递到拉力传感器50处，VR电脑80将获取的拉力传感器50产生的拉力信号大小来同步映射到VR头盔70内。伞员通过VR头盔70中自身的动作姿态和降落伞的运动姿态，来对左前、左后、右前、右后四个方向进行调整，改变降落伞的运动轨迹，最终落到指定的着陆点处。

通过对上述实施例的详细阐述，可以理解，本发明对真实的机舱环境进行了模拟，提供了训练空间和设备，使伞员可以一体化地对预备起跳、起跳、开伞、控制降落伞姿态等多个技术动作进行训练，还采用了真实的背带单元20以及用风感装置制造模拟气流，更加贴近实战跳伞的情景，使伞员可以沉浸在逼真的跳伞模拟情景中，提高了训练效率和训练效果，对人员的训练水平提升具有很大帮助。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种跳伞设备的跳伞模拟舱，应用于可升降的模拟跳伞设备，所述模拟跳伞设备至少包括升降机构、PLC控制模块、作为上位机的主控电脑，其特征在于，所述跳伞设备的跳伞模拟舱包括：

主体框架，所述主体框架包括有底部平台和台阶结构，所述台阶结构设置于所述底部平台上，所述台阶结构上包括供伞员站立的预跳平台，所述预跳平台的内部设置有与所述主控电脑连接的接触传感器；

背带单元，背带单元为实装伞具的背带部分，并通过悬挂带设置于所述主体框架内；

操纵单元，所述操纵单元包括操纵带、拉力计以及拉力传感器，所述操纵带包括牵引端和传感端，所述牵引端可活动地通过滑轮穿接于所述背带单元上，所述传感端分别与所述拉力计、所述拉力传感器连接，所述操纵单元的数量为4组，操纵带分设于所述背带单元的左前、左后、右前和右后方向；

VR虚拟单元，所述VR虚拟单元包括相互通信的VR头盔、VR电脑以及体感传感器，所述体感传感器固定设置于所述主体框架的正前方，用以捕捉人员的骨骼动作信息；所述拉力传感器与所述VR电脑通过内部接口实现数据传输连接，以将测量到的拉力信号传输至VR虚拟单元内；所述VR电脑与所述主控电脑之间通过有线或无线方式实现通信连接；

所述跳伞设备的跳伞模拟舱还包括状态警示灯，所述状态警示灯与所述主控电脑通信连接，以对跳伞训练发出状态指引信息；

所述台阶结构上设置有教练员座椅，所述教练员座椅设置在所述预跳平台的一侧；所述状态警示灯固定在所述主体框架上，所述状态警示灯朝向于所述教练员座椅。

2.如权利要求1所述的跳伞设备的跳伞模拟舱，其特征在于，所述跳伞设备的跳伞模拟舱还包括风感装置，所述风感装置设置于所述底部平台的内部，所述底部平台上设置有若干通风孔。

3.如权利要求1所述的跳伞设备的跳伞模拟舱，其特征在于，所述跳伞设备的跳伞模拟舱还包括安全开关，所述安全开关设置在所述教练员座椅的侧部，并与所述PLC控制模块连接，当所述安全开关启动后，所述PLC控制模块不再接收所述主控电脑发送的控制指令，以使所述跳伞设备的跳伞模拟舱停止升降。

4.如权利要求1所述的跳伞设备的跳伞模拟舱，其特征在于，所述VR电脑包括液晶显示屏，所述液晶显示屏固定设置在所述教练员座椅的前方。

5.如权利要求1所述的跳伞设备的跳伞模拟舱，其特征在于，所述操纵单元还包括控制吊环，所述控制吊环固定连接在所述操纵带的所述牵引端。

6.如权利要求1所述的跳伞设备的跳伞模拟舱，其特征在于，操纵单元还包括2个定滑轮组，所述定滑轮组固定设置在所述主体框架的顶部，所述操纵带挂设于所述定滑轮组上，并与所述定滑轮组联动。

7.如权利要求1所述的跳伞设备的跳伞模拟舱，其特征在于，所述主体框架还包括VR头盔挂杆，所述VR头盔挂杆固定设置在所述预跳平台的侧部。

8.如权利要求6所述的跳伞设备的跳伞模拟舱，其特征在于，所述主体框架包括其顶部的顶部挂载梁，所述定滑轮组固定安装于所述顶部挂载梁上，所述背带单元通过悬挂带以悬挂于所述顶部挂载梁上。

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